Wiązka zadań
Pompa ciepła
Prezentowane zadanie pochodzi z zestawu zadań badania Pracowni Przedmiotów Przyrodniczych „Laboratorium myślenia”. Wszelkie informacje dotyczące badania „Laboratorium myślenia” dostępne są na stronie eduentuzjasci.pl.
Zadanie
Pompa ciepła to urządzenie które dzięki energii elektrycznej powoduje przepływ ciepła z ciała o niższej temperaturze do ciała o wyższej temperaturze. Pompy ciepła ogrzewające domy dostarczają mniej więcej trzy razy więcej ciepła, niż pobierają energii elektrycznej. Pozostała energia pobierana jest ze źródła ciepła, którym może być np. grunt lub woda w studni.
(1) W wyniku działania pompy:
`square` A. temperatura gruntu nieznacznie maleje,
`square` B. temperatura gruntu nieznacznie rośnie,
(2) ponieważ
`square` A. pobieranie energii z gruntu oznacza, że jego energia wewnętrzna maleje.
`square` B. pobieranie energii z gruntu oznacza, że jego energia wewnętrzna rośnie.
Poprawna odpowiedź
1-A, 2-A
Wymaganie ogólne
1 Wykorzystanie wielkości fizycznych do opisu poznanych zjawisk lub rozwiązania prostych zadań obliczeniowych.
4 Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularno-naukowych).
Wymaganie szczegółowe
2.6. Energia. Uczeń analizuje jakościowo zmiany energii wewnętrznej spowodowane wykonaniem pracy i przepływem ciepła
Komentarz
Pompa ciepła montowana w domowych instalacjach grzewczych składa się m.in. z układu rur zakopanych w ziemi poniżej poziomu przemarzania gruntu. Pełni ona rolę taką samą jak układ rurek wewnątrz lodówki. W obu wypadkach krążąca wewnątrz ciecz o niskiej temperaturze ogrzewa się, pobierając ciepło od otoczenia. W przypadku pompy tym otoczeniem jest grunt, w przypadku lodówki – jej wnętrze. W obu wypadkach pobieranie energii powoduje obniżenie temperatury tego otoczenia. W przypadku gruntu ten spadek jest niewielki, z uwagi na duże rozmiary obszaru, z którego może być pobierana energia.
W wyniku uruchomienia pompy ciepła temperatura gruntu w otoczeniu ułożonych w nim rur z krążącą cieczą będzie spadała, powodując pojawienie się przekazywania ciepła z dalej położonych obszarów do tych bezpośrednio stykających się z wężownicą pompy.
Jak widać, zadanie dotyczy zasady działania urządzenia nieznanego uczniom z lekcji fizyki. Przytoczony tekst wyjaśnia jednak w skrócie tę zasadę, opierając się na znanych uczniom prawach i pojęciach. Zapisane w podstawie programowej wymaganie ogólne „Posługiwanie się informacjami pochodzącymi z analizy przeczytanych tekstów (w tym popularnonaukowych)” nakłada na szkołę obowiązek kształcenia u wychowanków umiejętności posługiwania się nabytą wiedzą w sytuacjach im nieznanych.
Zadanie sprawdza rozumienie pojęć poznanych na lekcjach fizyki w praktycznym kontekście. Często zdarza się bowiem, że uczniowie potrafią wyrecytować definicję danej wielkości fizycznej, zupełnie jej nie rozumiejąc.
Temperatura – pojęcie obecne w życiu codziennym uczniów – często jest niezupełnie właściwie rozumiane. Energia wewnętrzna dla odmiany jest pojęciem mało znanym, pojawiającym się prawie wyłącznie w szkole. Tymczasem kluczem do rozumienia zjawisk cieplnych (ogrzewanie domów, działanie lodówki, klimatyzacji, pompy ciepła) jest właśnie dobre rozumienie wzajemnych relacji pomiędzy ciepłem, pracą, energią wewnętrzną i temperaturą.
Poniżej pokazano wyniki badania wykonanego na losowej próbie około 5000 uczniów klas I szkół ponadgimnazjalnych. Badaną populację podzielono według uzyskanych wyników na osiem równolicznych grup, nadając im numery od 1 do 8 (1 – uczniowie najsłabsi, 8 – najlepsi).
Liczby 1-8 na poziomej osi oznaczają numer grupy, a liczby na pionowej osi – procent uczniów z danej grupy, jaki wybrał daną odpowiedź
Poniżej zamieszczono wykres przedstawiający procentowy wybór poszczególnych odpowiedzi przez uczniów do pierwszej części zadania.
Nastepny wykres przedstawia procentowy wybór poszczególnych odpowiedzi przez uczniów do drugiej części zadania.
Jak widać, dla mniej więcej połowy badanej populacji zadanie było zupełnie poza możliwością rozwiązania– wyniki wyborów w obu wierszach świadczą o zupełniej ich przypadkowości. Jedynym wyraźnym odstępstwem od tej reguły są wyniki wyboru odpowiedzi na pytanie 19.1.wśród najsłabszych uczniów. Widać w nich lekką przewagę niepoprawnej odpowiedzi – być może spowodowanej prostym skojarzeniem: „pompa ma być urządzeniem grzewczym, no to grzeje”. Wszystko jedno co.
Nieco optymizmu wnoszą za to wyniki, jakie uzyskała druga połowa populacji. Widać w nich wyraźny postęp, wraz ze wzrostem ogólnego poziomu wykształcenia uczniów. Wśród najlepszych uczniów odpowiedzi poprawne dominują już w sposób jednoznaczny.
Powyższy wykres potwierdza teorię o przypadkowym wyborze obu wierszy wśród grup 2, 3 i 4, złym wyborze pierwszego wiersza wśród grupy 1 oraz o stosunkowo dobrych wynikach wśród najlepszych grup.
Zadanie pokazuje, że istotny, choć niezadowalający odsetek uczniów potrafi skutecznie wykorzystywać szkolną wiedzę w interpretacji tekstów dotyczących sytuacji praktycznych.
Utwór jest chroniony prawem autorskim. Zasady i warunki korzystania z niego określa Regulamin Serwisu Bazy Dobrych Praktyk.
"Masz uwagi do treści? Uważasz, że zawiera błąd? Napisz na bnd@ibe.edu.pl
